DE102021002808A1 - Process for the moisture-controlled passive transfer of a liquid from a storage tank to a solid matrix - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung ermöglicht eine einfache und kostengünstige Kontrolle des Matrixpotenzials einer Flüssigkeit in einer Feststoffmatrix bei der passiven Nachleitung aus einem Vorratsbehälter zum Ausgleich von Flüssigkeitsverlusten.Das Wesen der Erfindung besteht in der Kontrolle der Flüssigkeitsnachleitung durch die Flüssigkeitsaustrittsöffnung 1 in ein Vlies 2 mit Hilfe eines passiven Ventils 3, welches Luft in den Flüssigkeitsbehälter nur bei Überschreitung einer definierten Differenz zwischen dem Atmosphärendruck und dem Binnengasdruck einlässt.In Kultursystemen für lebende Organismen kann das erfindungsgemäße Verfahren eingesetzt werden, um Wasser oder eine Nährlösung mit geringem Nachleitwiderstand aus einem flüssigen Vorrat passiv an ein feuchtes lufthaltiges Substrat weiterzuleiten, hiermit die Evaporations- oder Transpirationsverluste zu ersetzen und eine optimale Substratfeuchte einzustellen.In vorteilhaften Verdunstern für Ameisendampf zur Bekämpfung der Varroa-Milben kann das Verfahren zur Kontrolle des Matrixpotenzials der flüssigen Ameisensäure in einem als Verdunstungsfläche 13 eingesetzten feuchten Vlies benutzt werden, das sich mindestens teilweise unter dem Niveau der Ameisensäure im Vorratsbehälter befindet und Ameisendampf an die durch die Wabengassen nach oben strömende Luft abgibt.The invention enables a simple and cost-effective control of the matrix potential of a liquid in a solid matrix during passive follow-up from a reservoir to compensate for liquid losses. The essence of the invention is the control of the liquid follow-up through the liquid outlet opening 1 into a fleece 2 with the help of a passive valve 3, which admits air into the liquid container only when a defined difference between the atmospheric pressure and the internal gas pressure is exceeded Forward substrate, hereby replace the evaporation or transpiration losses and set an optimal substrate moisture. In advantageous evaporators for ant vapor to combat Varroa mites, the Ve Methods are used to control the matrix potential of the liquid formic acid in a moist fleece used as evaporation surface 13, which is at least partially below the level of the formic acid in the reservoir and emits formic vapor to the air flowing upwards through the honeycomb alleys.
Description
Beschreibung der ErfindungDescription of the invention
Ein Maß für den Sättigungsgrad einer kapillar wirksamen Matrix mit einer Flüssigkeit ist das Matrixpotenzial der Flüssigkeit, Ψm. Das Matrixpotenzial ist eine Zustandsgröße der Flüssigkeit in einer Feststoffmatrix (Slatyer und Taylor 1960). Es entspricht der Arbeit, die bei der isothermen reversiblen Überführung einer infinitesimal kleinen Menge der Flüssigkeit aus der sie adhäsiv bindenden porösen Matrix in den Standardzustand dieser Flüssigkeit (ungebundene Flüssigphase bei gleichem Gasdruck, gleicher chemische Zusammensetzung und gleicher Höhe im Schwerefeld) geleistet wird.A measure of the degree of saturation of a capillary active matrix with a liquid is the matrix potential of the liquid, Ψ m . The matrix potential is a state variable of the liquid in a solid matrix (Slatyer and Taylor 1960). It corresponds to the work that is done during the isothermal, reversible transfer of an infinitesimally small amount of liquid from the porous matrix that adhesively binds it to the standard state of this liquid (unbound liquid phase at the same gas pressure, the same chemical composition and the same height in the gravitational field).
Ψm besitzt die Dimension eines Druckes. Negative Werte von Ψm beziffern die kapillare Saugspannung, mit der die Flüssigkeit in einer bestimmten Position in der Matrix festgehalten wird. Gradienten des Matrixpotenzials sowie gravitationsbedingte Druck-Gradienten bestimmen die Richtung und die Geschwindigkeit des Flüssigkeitstransportes durch eine Matrix.Ψ m has the dimension of a pressure. Negative values of Ψ m indicate the capillary suction tension with which the liquid is held in a certain position in the matrix. Matrix potential gradients and gravitational pressure gradients determine the direction and rate of fluid transport through a matrix.
Für die Bewässerung eines Kulturgefäßes für Pflanzen ist es vorteilhaft, das durch Transpiration oder Evaporation von der Substratmatrix an die Atmosphäre abgegebene Wasser kontinuierlich zu ersetzen. Für die Vermeidung von Sauerstoffmangel im Substrat ist ein Nachleitungsverfahren vorteilhaft, welches Wasser feuchtekontrolliert in das Substrat einführt. Die Kontrolle der Substratfeuchte verhindert, dass sich das Matrixpotenzial des Wassers bzw. der wässrigen Nährlösung dem Sättigungswert (0) so weit annähert, dass die größeren gasgefüllten Hohlräume im Substratgerüst sich mit der Flüssigkeit füllen. In diesem Wertebereich des Matrixpotenzials besitzt die kapillar gebundene Nährlösung noch eine gute hydraulische Beweglichkeit, wobei Hohlräume mit einem Durchmesser über 0,1 mm luftgefüllt bleiben und als Gasdiffusionswege für den atmungsbedingten Austausch mit der Atmosphäre wirken. In einem als Wasserspeicher eingesetzten Substrat im Wurzelraum von Pflanzen ist ein Matrixpotenzial zwischen -10 und -1 kPa erwünscht.For watering a culture vessel for plants, it is advantageous to continuously replace the water released into the atmosphere by transpiration or evaporation from the substrate matrix. To avoid a lack of oxygen in the substrate, a follow-up process is advantageous, which introduces water into the substrate in a moisture-controlled manner. Controlling the substrate moisture prevents the matrix potential of the water or the aqueous nutrient solution from approaching the saturation value (0) so far that the larger gas-filled cavities in the substrate structure are filled with the liquid. In this value range of the matrix potential, the capillary-bound nutrient solution still has good hydraulic mobility, with cavities with a diameter of more than 0.1 mm remaining filled with air and acting as gas diffusion paths for the exchange with the atmosphere caused by respiration. A matrix potential of between -10 and -1 kPa is desirable in a substrate used as a water reservoir in the root zone of plants.
Zur passiven Nachleitung einer Flüssigkeit in eine feuchte Matrix, aus der sie abgesaugt wird oder von der aus sie verdunstet, kann ein Vlies eingesetzt werden. Als Vlies wird im Folgenden eine Feststoffmatrix in Form eines flexiblen zusammenhängenden, aus Feststoff-Fasern und flüssigkeitsleitenden Interstitialräumen bestehenden Körpers verstanden, beispielsweise ein Gewebe aus Baumwoll-oder Viskosefasern. Gradienten des Matrixpotenzials und Höhendifferenzen im Schwerefeld bestimmen bekanntlich die Richtung des Flüssigkeitstransportes durch ein Vlies.A fleece can be used to passively guide a liquid into a moist matrix from which it is sucked off or from which it evaporates. In the following, a fleece is understood to be a solid matrix in the form of a flexible, coherent body consisting of solid fibers and liquid-conducting interstitial spaces, for example a fabric made of cotton or viscose fibers. As is well known, gradients of the matrix potential and height differences in the gravitational field determine the direction of liquid transport through a fleece.
Bei der passiven Nachleitung einer Flüssigkeit durch ein Vlies zu einer Matrix, beispielsweise einer feuchten Verdunstungsfläche oder einem feuchten Substrat zur Kultur von Pflanzen kann die Feuchtigkeitskontrolle daher bekanntlich mit Hilfe der Schwerkraft erfolgen. Bei dem im Folgenden als Kapillarsaum-Methode bezeichneten Verfahren befindet sich die Matrix über dem Flüssigkeitsniveau, und das Matrixpotenzial der Flüssigkeit wird im gleichgewichtsnahen Zustand durch die Höhendifferenz auf den gewünschten negativen Wert eingestellt. Für eine effiziente kapillare Versorgung eines Bodens oder eines gärtnerischen Substrates mit Wasser durch Vlies ist eine ausreichend große Kontaktfläche und ein ausreichender Leitungsquerschnitt im Vlies bedeutsam. Ist der hydraulische Nachleitwiderstand zu groß, kommt es zur Gasfüllung von kapillaren Leitungsbahnen. Im gleichgewichtsnahen Zustand, der bei hoher kapillarer Leitfähigkeit des Wassers erreichbar ist, erreicht das Matrixpotenzial bei einer Höhe von 10 cm über dem Niveau der freien Flüssigkeit einen Wert von etwa - 1 kPa. Diese Abweichung vom Sättigungswert (0) reicht aus, um ein geeignetes Substrat gegen vernässungsbedingten Luftmangel zu schützen und gewährleistet gleichzeitig die für die ungestörte kapillare Nachleitung zur Wurzel erforderliche hydraulische Leitfähigkeit.In the case of the passive subsequent conduction of a liquid through a fleece to a matrix, for example a moist evaporation surface or a moist substrate for cultivating plants, moisture control can therefore, as is known, be carried out with the aid of gravity. In the method referred to below as the capillary seam method, the matrix is above the liquid level and the matrix potential of the liquid is adjusted to the desired negative value in the near-equilibrium state by the height difference. For an efficient capillary supply of a soil or a horticultural substrate with water through the fleece, a sufficiently large contact surface and a sufficient line cross-section in the fleece are important. If the hydraulic leakage resistance is too high, the capillary pathways will be filled with gas. In the near-equilibrium state, which can be achieved with high capillary conductivity of the water, the matric potential reaches a value of around -1 kPa at a height of 10 cm above the level of the free liquid. This deviation from the saturation value (0) is sufficient to protect a suitable substrate against a lack of air caused by waterlogging and at the same time ensures the hydraulic conductivity required for undisturbed capillary transport to the root.
Der Einsatz der Kapillarsaum-Methode zur passiven Kontrolle des Matrixpotenzials bei der Nachleitung von Wasser in den Wurzelraum von Pflanzen ist seit langem bekannt. In Verdunstern verhindert die Absenkung des Matrixpotenzials durch die Schwerkraft in vlies- oder dochtförmigen Verdunstungsflächen das Abtropfen der Flüssigkeit.The use of the capillary fringe method to passively control the matrix potential when water is fed into the root area of plants has been known for a long time. In evaporators, the lowering of the matrix potential by gravity in fleece or wick-shaped evaporation surfaces prevents the liquid from dripping off.
Bei der Kontrolle des Matrixpotenzials einer Flüssigkeit durch Gravitation kann es nachteilig sein, dass eine Höhendifferenz im Schwerefeld zwischen der in der Matrix gebundenen Flüssigkeit und ihrem Niveau in der freien Flüssigphase erforderlich ist. Hierdurch werden beispielsweise Möglichkeiten für die Integration des Wasservorrats in ein Kulturgefäß eingeschränkt. Wird das Kapillarsaum-Verfahren zur Kontrolle des Matrixpotenzials von Wasser oder einer wässrigen Nährlösung in einem lufthaltigen Substrat für atmungsaktive Organismen eingesetzt, muss die Übertragungsstrecke für das Wasser um die erforderliche Höhendifferenz erweitert werden. Außerdem kann die gravitationsbedingte Absenkung des Matrixpotenzials im schwerelosen Raum nicht durchgeführt werden.Controlling the matrix potential of a liquid by gravity can have the disadvantage of requiring a height difference in the gravitational field between the liquid bound in the matrix and its level in the free liquid phase. As a result, options for integrating the water supply into a culture vessel are restricted, for example. If the capillary seam method is used to control the matric potential of water or an aqueous nutrient solution in an aerated substrate for respirable organisms, the water transmission path must be reversed the required height difference can be increased. In addition, the gravitational lowering of the matrix potential cannot be carried out in weightless space.
Wie in
Die Aufgabe der Erfindung besteht in einem Verfahren zur Kontrolle des Matrixpotenzials bei der passiven Nachleitung einer Flüssigkeit zu einer diese Flüssigkeit kapillar bindenden Matrix, das keine Höhendifferenz zwischen dieser Matrix und dem Flüssigkeitsniveau im Flüssigkeitsvorrat erfordert. Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird in Anspruch 1 und
Das Wesen der Erfindung besteht in der Kontrolle des Lufteintritts in den Flüssigkeitsbehälter durch ein passives Ventil 3, welches Luft in den Flüssigkeitsbehälter nur bei Überschreitung einer definierten Differenz zwischen dem Atmosphärendruck und dem Gasdruck im Flüssigkeitsbehälter eindringen lässt. Die Wirksamkeit des passiven Ventils für das erfindungsgemäße Verfahren ist nur dann gegeben, wenn der Volumenfluss der Luft durch das passive Ventil den Volumenfluss der Flüssigkeit durch die Flüssigkeitsaustrittsöffnung 1 kontrolliert. Eine Voraussetzung für das Funktionieren des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht infolgedessen darin, dass der Innenraum des Behälters von der Atmosphäre durch annähernd gasdichte feste Wände separiert ist. Als annähernd gasdicht werden Behälterwände angesehen, wenn bei der verfahrensbedingten Druckdifferenz das durch die Wand angesaugte Luftvolumen gegenüber dem Luftvolumen, welches durch das Ventil angesaugt wird, vernachlässigt werden kann. Überschreitet die kritische Druckdifferenz für die Öffnung des passiven Ventils den Schwerdruck der Flüssigkeit auf das Vlies, ergibt sich ein negatives Matrixpotenzial der Flüssigkeit im Vlies 2. Dies verhindert das Abtropfen der Flüssigkeit vom Vlies, was u.a. für eine Platzierung von Verdunstern für Ameisensäure in Bienenbeuten nutzbar ist. Das erfindungsgemäße Verfahren kann eingesetzt werden, um Wasser an ein feuchtes lufthaltiges, mit der Atmosphäre im Gasaustausch stehendes Substrat für Pflanzen oder Mikroorganismen aus einem flüssigen Vorrat passiv weiterleiten und dabei eine Obergrenze für das Matrixpotenzial des Wassers in diesem Substrat einzustellen. Die Wasserverluste durch Evaporation und Transpiration können mit diesem Verfahren ersetzt werden, ohne die Luft aus dem Substrat zu verdrängen.The essence of the invention consists in controlling the air entry into the liquid container by a
Nachfolgend werden das erfindungsgemäße Verfahren und Vorteile seiner Anwendung bei der Gestaltung von Verdunstern und bei der Wasserversorgung stoffwechselaktiver Kulturen in Verbindung mit den
Figur 1figure 1
Die Figur zeigt als Querschnitt in aufrechter Position den grundsätzlichen Aufbau eines Verdunsters zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens.The figure shows the basic structure of an evaporator for carrying out the method according to the invention as a cross section in an upright position.
Das Eindringen der Flüssigkeit in das Vlies 2 erfordert die Öffnung des passiven Ventils 3. Wenn die zur Ventilöffnung erforderlich Druckdifferenz den Schweredruck einer flüchtigen Flüssigkeit auf das Vlies übertrifft (0,1 kPa pro cm der Flüssigkeitshöhe im Fall von Wasser), kann diese, ohne die Gefahr des Abfließens oder Abtropfens an einen Verbrauchsort, beispielsweise eine Verdunstungsfläche 13, nachgeleitet werden. Sinkt die Verdunstungsrate ab und steigt das Matrixpotenzial im Vlies an der Flüssigkeitsaustrittsöffnung 1 auf einen am Ventil einstellbaren kritischen Wert, wird das Ventil geschlossen. Als passives Ventil für das erfindungsgemäße Verfahren ist jedes pneumatische Ventil geeignet, das sich bei einem kritischen Überdruck auf der Einströmseite öffnet und sich wieder schließt, wenn dieser Überdruck unterschritten wird. Hierfür können nach dem Stand der Technik empfindliche pneumatische Sicherheitsventile verschiedener Bauart eingesetzt werden, beispielsweise ein Federventil, ein Entenschnabel-Ventil, oder ein Blasenventil, bei welchem der Ansprechdruck der zur Gasblasenbildung in der Flüssigkeit erforderliche Druck ist.The penetration of the liquid into the
Figur 2figure 2
Die Figur zeigt schematisch den Einsatz einer Kapillare als passives Blasenventil 3 im erfindungsgemäßen Verfahren, das im dargestellten Fall zur feuchtekontrollieren Nachleitung von Wasser in ein feuchtes Substrat genutzt wird, welches durch Evaporation oder Transpiration einer Pflanze Wasser verliert.The figure shows schematically the use of a capillary as a
Ein Blasenventil, dessen kritischer Druck durch die Oberflächenspannung der Flüssigkeit bei Gasblasenbildung bestimmt wird, hat den Vorteil, dass es unterhalb des Ansprechdruckes absolut dicht schließt, wobei dieser Druck von der Öffnungsgeometrie der Pore oder Kapillare abhängig ist. Besonders geeignet sind Kapillaren oder Poren mit definierter Öffnungsweite.A bubble valve whose critical pressure is determined by the surface tension of the liquid when gas bubbles form has the advantage that it closes absolutely tight below the response pressure, with this pressure depending on the opening geometry of the pore or capillary. Capillaries or pores with a defined opening width are particularly suitable.
Die durch Wasserabgabe an die Atmosphäre oder ein Substrat erzeugte Absenkung des Matrixpotenzials des Wassers im Vlies wird mit Hilfe einer Kapillaröffnung eingestellt, die sich im Flüssigkeitsbehälter nahe der Flüssigkeitsaustrittsöffnung befindet. Zur Blasenbildung muss der Meniskus der Flüssigkeit an der Kapillaröffnung gekrümmt und gegen den Druck der Flüssigkeit zu einer Blase vergrößert werden, woraus sich der Ansprechdruck des Ventils ergibt. Das dargestellte passive Ventil ist eine Kapillare mit hydrophiler Außenwand und einer engen mit Wasser benetzten Öffnung. Die Kapillare wurde im dargestellten Fall gasdicht durch einen Silikonstopfen geführt, der eine Nachfüllöffnung 4 verschließt. Die für die Blasenbildung und damit für das Eindringen von Luft in den Flüssigkeitsbehälter erforderliche Druckdifferenz ist dem Radius der Öffnung umgekehrt proportional und beträgt bei einer Glaskapillare mit einem Öffnungsradius von 50 µm etwa 3 kPa. Um die gleiche Wirkung auf das Matrixpotenzial durch die Schwerkraft zu erzielen, müsste das Vlies das Wasser 0,3 m nach oben leiten.The lowering of the matrix potential of the water in the fleece caused by the release of water to the atmosphere or a substrate is adjusted with the aid of a capillary opening, which is located in the liquid container near the liquid outlet opening. In order for bubbles to form, the meniscus of the liquid must be curved at the capillary opening and enlarged to form a bubble against the pressure of the liquid, which results in the response pressure of the valve. The passive valve shown is a capillary with a hydrophilic outer wall and a narrow opening wetted with water. In the case shown, the capillary was guided in a gas-tight manner through a silicone stopper, which closes a
In dem in
Zur Füllung des Flüssigkeitsbehälters kann die Flüssigkeitsaustrittsöffnung genutzt werden, bevor das Vlies am Flüssigkeitsbehälter angebracht wird; oder es wird eine verschließbare Flüssigkeitsnachfüllöffnung genutzt, die sich im Flüssigkeitsbehälter oben befindet. Zur Vermeidung einer Sättigung der Vliesmatrix mit der Flüssigkeit in der zum Füllen oder Nachfüllen erforderlichen Zeit werden die Flüssigkeitsaustrittsöffnung/en und die Absorptionskapazität der Vliesmatrix für die Flüssigkeit so dimensioniert, dass das Vlies in dieser Zeit nicht gesättigt werden kann.The liquid outlet opening can be used to fill the liquid container before the fleece is attached to the liquid container; or a closable liquid refill opening located at the top of the liquid container is used. To avoid saturation of the fleece matrix with the liquid in the time required for filling or refilling, the liquid outlet opening(s) and the absorption capacity of the fleece matrix for the liquid are dimensioned in such a way that the fleece cannot become saturated during this time.
In dem in
Figur 3figure 3
Die Figur zeigt in der Aufsicht und im vertikalen zentralen Längsschnitt ein Kultursystem, in welchem das erfindungsgemäße Verfahren zur passiven Aufrechterhaltung eines optimalen Bereiches für das Matrixpotenzial des Wassers im Substrat 5 eingesetzt wird. Das Substrat muss wegen des stoffwechselbedingten Sauerstoff-Verbrauches mit der Atmosphärenluft im Gasaustausch stehen und verliert ständig Wasser durch Evaporation oder Transpiration.The figure shows a culture system in top view and in vertical central longitudinal section, in which the method according to the invention for passively maintaining an optimal range for the Matrix potential of the water in the
Wie aus der Aufsicht (links) ersichtlich, wurde ein zentraler Flüssigkeitsbehälter mit mehreren Kulturbehältern 6 verbunden. Die aufrechte Wand der Kulturbehälter wird durch wabenartig miteinander verbundene Rohrsegmente gebildet. Der Querschnitt der Rohrsegmente ist vorzugsweise rechteckig oder hexagonal, um eine lückenlose Anordnung zu erreichen, welche das Einbringen des feuchten Substrates erleichtert. In einer vorteilhaften Variante der Erfindung (in der Figur nicht abgebildet) ist die Wand der Rohrsegmente innen mindestens teilweise mit einem saugfähigen Vliesstoff, beispielsweise mit einem Viskosevliestuch, ausgekleidet. Der wandgebundene Vliesstoff kann die erforderlich vertikale hydraulische Leitfähigkeit in den Kulturbehältern auch dann gewährleisten, wenn ein Substrat mit geringer kapillarer Leitfähigkeit eingesetzt wird.As can be seen from the top view (left), a central liquid container was connected to a number of
Wie aus dem Längsschnitt (rechts) ersichtlich, werden der Kulturbehälter und die Substratbehälter an eine vom Vlies 3 bedeckte Grundplatte gepresst. Der Flüssigkeitsbehälter besitzt eine mit dicht schließendem Stopfen verschließbare Flüssigkeitsnachfüllöffnung 4. Als passives Ventil 3 dient eine Kapillare aus fused silica mit Wachs-Innenphase. Sie ist im dargestellten Fall in die Wand des Flüssigkeitsbehälters integriert. Die Kulturbehälter enthalten ein mit Wasser befeuchtetes Substrat, dessen Feststoffgerüst aus faserigen oder partikulären Feststoffpartikeln mit hoher Absorptionskapazität für Wasser aufgebaut ist, beispielsweise unter Verwendung von Torf, einem Torfersatzstoff, oder von Komposterde. Die feuchteabhängige lufthaltige Struktur des Substrates aus kleinen Feststoffaggregaten bzw. Krümeln würde bei seiner Sättigung mit Wasser zusammenbrechen. Die mit dem Entweichen der Luft verbundene vernässungsbedingte Verdichtung des Substrates würde zum Absterben der kultivierten Sämlinge durch Sauerstoffmangel im Wurzelraum führen. Mit Hilfe des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das durch Transpiration oder Evaporation entweichende Wasser passiv nachgeleitet und dabei das Matrixpotenzial des Substrates auf einen negativen Wert einstellt, der sich aus dem Blasenbildungsdruck an der Öffnung der Kapillare und dem Schweredruck der Flüssigkeit an der Flüssigkeitsaustrittsöffnung ergibt. Sein Maximalwert, der sich bei vernachlässigbarem Nachleitwiderstand einstellt, beträgt bei einem Innenradius der Kapillare von 0,05 mm und einer Flüssigkeitshöhe von 10 cm etwa -2 kPa.As can be seen from the longitudinal section (right), the culture container and the substrate container are pressed against a base plate covered by
Mit dem durch
Figur 4figure 4
Die Figur zeigt, wie das erfindungsgemäße Verfahren zur Applikation von Ameisensäure- und Wasserdampf in einer Bienenbeute eingesetzt werden kann, ohne dass hierfür der Luftraum über dem Magazin erweitert oder ein leerer Rahmen zum Einbringen des Verdunsters eingesetzt werden muss.The figure shows how the method according to the invention for the application of formic acid and water vapor can be used in a beehive without having to expand the air space above the magazine or use an empty frame to insert the evaporator.
Oben ist schematisch in der Aufsicht ein Ausschnitt des Magazins dargestellt, in dem sich das Brutnest befindet. In diesem Bereich wird auf die Oberträger 7 ein flacher Verdunster mit festen Wänden so positioniert, dass er mehrere Wabenrahmen überdeckt, wobei sich das Vlies unter einem Flüssigkeitsbehälter mit festen Wänden befindet und mit den Oberträgern des Magazins in wärmeleitendem Kontakt steht. Die Verdunstungsflächen (begrenzt von der gestrichelten Linie) liegen unter dem Verdunster und sind in die Wabengassen gerichtet.A section of the magazine in which the brood nest is located is shown schematically in plan view. In this area, a flat solid-walled evaporator is positioned on
Die untere Graphik zeigt schematisch wesentliche Komponenten des Verdunsters in einem Querschnitt, wo er einem Oberträger 7 aufliegt (gestrichelte Linie). Ist die Flüssigkeitsaustrittsöffnung nicht verschlossen, wird das Vlies 2 durch das im Flüssigkeitsbehälter annähernd gasdicht eingeschlossene flüssige Ameisensäurepräparat befeuchtet. Zur Nachleitung der Flüssigkeit an die Verdunstungsflächen ist, wie bereits oben erläutert, ein Unterdruck im Flüssigkeitsbehälter erforderlich, welcher das Eindringen von Luft durch das passive Ventil 3 ermöglicht. Das passive Ventil ist eine durch die Wand nahe der basalen Wand eingeschweißte Kapillare aus fused silica mit Wachs als hydrophober Innenphase. Sie hat einen Durchmesser von 0,1 mm. Der Öffnungsdruck (etwa 3 kPa) des Ventils wird nur erreicht, wenn das Matrixpotenzial im Vlies einen negativen Wert annimmt, der weit unter dem Schweredruck der Flüssigkeit (< 0,1 KPa) auf dem Vlies liegt. Damit ist die Abgabe der Flüssigkeit vom Vlies in Tropfenform ausgeschlossen. Zum Schutz der Oberträger gegen die Absorption des Ameisensäurepräparates aus dem feuchten Vlies kann ein dünnes Klebeband mit einer Trägerschicht aus Kapton, Polyethylen oder Polypropylen eingesetzt werden, welches sich zwischen den Oberträgern und dem Vlies befindet (nicht dargestellt).The graphic below schematically shows essential components of the evaporator in a cross section, where it rests on an upper support 7 (dashed line). If the liquid outlet opening is not closed, the
Vorteile des beschriebenen Verdunsters bestehen darin, dass zum Einbringen der für die zur Bekämpfung der Varroa-Milbe erforderlichen Ameisensäuredosis (etwa 10 g pro Tag) eine sehr kleine Verdunstungsfläche ausreicht und dass die Verdunstungsrate vom Außenklima nahezu unabhängig ist. Wie in
Figur 5figure 5
Die Figur zeigt die Einsatzmöglichkeit des erfindungsgemäßen Verfahrens in einem Verdunster, welcher in den Wabenrahmen 8 einer Bienenbeute im Brutnestbereich integriert ist. Oben ist der Wabenrahmen in der Seitenansicht mit dem am Oberträger befestigten Verdunster dargestellt.The figure shows the possibility of using the method according to the invention in an evaporator which is integrated into the
Der unten gezeigte Querschnitt durch den Verdunster bezieht sich auf eine Position, die durch die gestrichelte Linie angezeigt wird.The cross-section of the evaporator shown below is taken from a position indicated by the dashed line.
Der Verdunster umfasst einen langgestreckten Flüssigkeitsbehälter mit festen und gasdichten Wänden aus Polypropylen oder Polyethylen. Er besitzt eine Länge, die vorzugsweise der Länge eines Oberträgers entspricht, mindestens aber 30 cm beträgt. Der quadratische oder rechteckige Querschnitt des Verdunsters passt sich in den Wabenrahmen ein. Im Flüssigkeitsbehälter ist eine Behandlungsdosis von 100 bis 250 ml des Ameisensäurepräparates eingeschlossen. Beide Seitenwände des Verdunsters bzw. das an ihnen befestigte, als Verdunstungsfläche wirksame Vlies begrenzen den am höchsten liegenden Abschnitt einer Wabengasse. Dies erfordert eine Basisbreite von 2 bis 2,8 cm und eine Höhe von 2 bis 5 cm. Das passive Ventil 3 befindet sich in einem vom Vlies nicht bedeckten Wandbereich. Es ist beispielsweise eine Pore in der hydrophoben Wand mit einem Durchmesser von 0,05 bis 0,2 mm, die mit einer gegen Ameisensäure resistenten Klebfolie 14 verschließbar ist. Bei der Aktivierung des Verdunsters wird sie entfernt. Die im Querschnitt schematisch dargestellte Flüssigkeitsaustrittsöffnung 1 kann genutzt werden, um das Ameisensäurepräparat einzufüllen. Der Verschluss 16 bildet eine Flüssigkeitsbarriere an dieser Öffnung, die bei der Aktivierung des Verdunsters durch Druck auf das Vlies beseitigt wird. Er wird beispielsweise durch Aufkleben eines zerbrechlichen Deckglases für die Mikroskopie realisiert. Das feuchte Vlies bildet Verdunstungsflächen 13 an den Seitenwänden und leitet das Ameisensäurepräparat passiv zu diesen Flächen im Maße des Flüssigkeitsverbrauches durch Verdunstung. Ein enger Kontakt zwischen der basalen Wand und dem unter ihm liegenden Vlies verhindert, dass sich Luftblasen in der Flüssigkeitsaustrittsöffnung bilden. Hierzu kann das Vlies mit Hilfe eines gegen Ameisensäure resistenten Adhäsivs an die Wand nahe der Flüssigkeitsaustrittsöffnung geklebt werden. Eine andere Möglichkeit zur Vermeidung des unkontrollierten Eindringens von Luft in die Flüssigkeitsaustrittsöffnung besteht darin, das Vlies nahe dem Umfang der Flüssigkeitsaustrittsöffnung an die basale Wand zu pressen. Nach Aktivierung des Verdunster durch Abnehmen der Schutzfolie am passiven Ventil und der Beseitigung der Sperre an der Flüssigkeitsnachfüllöffnung appliziert der Verdunster Ameisensäure- und Wasserdampf an die erwärmte und relativ trockene Luft, welche durch zwei Wabengassen des Brutnestes nach strömt.The evaporator comprises an elongated liquid container with rigid and gas-tight walls made of polypropylene or polyethylene. It has a length that preferably corresponds to the length of a top strap, but is at least 30 cm. The square or rectangular cross-section of the evaporator fits into the honeycomb frame. A treatment dose of 100 to 250 ml of the formic acid preparation is enclosed in the liquid container. Both side walls of the evaporator or the fleece attached to them and acting as an evaporation surface delimit the highest section of a honeycomb alley. This requires a base width of 2 to 2.8 cm and a height of 2 to 5 cm. The
In
Die Ameisensäuredampfbehandlung der Beute zur Milbenentseuchung findet üblicherweise im Spätsommer und Herbst statt, wenn die Brutnestwaben bereits ausgebildet sind. Es ist daher zweckmäßig, den Rahmen mit dem bereits befüllten Dispenser schon im Frühjahr in die Beute einzubringen, so dass der Wabenbereich mit der Brut zum Zeitpunkt der Aktivierung bereits ausgebildet ist. Um die Ameisensäuredampfbehandlung einzuleiten, wird der Rahmen kurz aus dem Magazin herausgenommen, aktiviert und anschließen wieder in das Magazin eingesetzt.The formic acid vapor treatment of the hive for mite infestation usually takes place in late summer and autumn when the brood nest combs are already formed. It is therefore expedient to place the frame with the already filled dispenser in the hive in the spring, so that the comb area with the brood is already formed at the time of activation. To initiate the formic acid vapor treatment, the frame is briefly removed from the magazine removed, activated and then reinserted into the magazine.
Bei den in
Bei den mit
Nach der Positionierung und Aktivierung geben die jeweiligen Flüssigkeitsbehälter das flüssige Ameisensäurepräparat in das zunächst trockene Vlies ab. Daher erfordern diese Prozesse keine Manipulation an dem mit Ameisensäure befeuchteten Vlies. Das Vlies kann nach außen durch eine gasdurchlässige hydrophobe hochporöse Membran mit Poren im Nanometerbereich begrenzt werden. Dies bietet einen Schutz gegen den Hautkontakt mit dem flüssigen Ameisensäurepräparat auch dann, wenn die Verdunster vor der vollständigen Entleerung aus der Beute entnommen werden.After positioning and activation, the respective liquid containers release the liquid formic acid preparation into the initially dry fleece. Therefore, these processes do not require any manipulation of the web wetted with formic acid. The fleece can be limited to the outside by a gas-permeable, hydrophobic, highly porous membrane with pores in the nanometer range. This provides protection against skin contact with the liquid formic acid preparation even if the vaporizers are removed from the hive before it is completely emptied.
Die Verdunstungswärme wird durch effiziente Wärmeleitung von den Brutnestwaben geliefert, so dass die Temperatur der Verdunster bei etwa 30°C liegt, nur wenig unter der relativ konstanten Temperatur des Brutnestes. Die Verdunstungsrate wird daher vom Außenklima wenig beeinflusst. Um bei dem in
Die Abgabe des Ameisensäuredampfes an die durch die Wabengassen aufsteigende Luft wird bei den in
Zitierte PatentePatents Cited
PCT/EP2019/084252, US 10,548,268 B1PCT/EP2019/084252, US 10,548,268 B1
Zitierte PublikationenCited Publications
Slatyer RO und Taylor SA (1960) Terminology in plant-soil-water relations, Nature 187, 922-924. Büdel A (1948) Der Wasserdampfhaushalt im Bienenstock, Zeitschr. Vergl. Physiologie 31, 249-273.Slatyer RO and Taylor SA (1960) Terminology in plant-soil-water relations, Nature 187, 922-924. Büdel A (1948) The water vapor balance in the beehive, Zeitschr. compare Physiology 31, 249-273.
BezugszeichenlisteReference List
- 11
- Flüssigkeitsaustrittsöffnungliquid outlet opening
- 22
- Vliesfleece
- 33
- passives Ventilpassive valve
- 44
- Flüssigkeitsnachfüllöffnungliquid refill opening
- 55
- Substratsubstrate
- 66
- Kulturbehälterculture container
- 77
- Oberträgerupper carrier
- 88th
- Wabenrahmenhoneycomb frame
- 99
- gemeinsamer Bodencommon ground
- 1010
- Schwimmkörperfloat
- 1111
- Luftansaugstutzenair intake manifold
- 1212
- Wasseransaugöffnungwater suction port
- 1313
- Verdunstungsflächeevaporation surface
- 1414
- Klebfolieadhesive film
- 1515
- Befestigungattachment
- 1616
- Verschlussclosure
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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited
- US 10548268 B1 [0004]US10548268B1 [0004]
- EP 2019/084252 PCT [0009, 0028]EP 2019/084252 PCT [0009, 0028]
Claims (17)
Priority Applications (1)
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Applications Claiming Priority (1)
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ID=83997149
Family Applications (1)
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DE (1) | DE102021002808A1 (en) |
Citations (1)
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---|---|---|---|---|
US10548268B1 (en) | 2019-02-20 | 2020-02-04 | James Cheng-Shyong Lu | Soil moisture autocontrol system and its applications in subsurface irrigation, outer space agricultural farm, and converting of deserts into arable farms |
-
2021
- 2021-06-01 DE DE102021002808.2A patent/DE102021002808A1/en active Pending
Patent Citations (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US10548268B1 (en) | 2019-02-20 | 2020-02-04 | James Cheng-Shyong Lu | Soil moisture autocontrol system and its applications in subsurface irrigation, outer space agricultural farm, and converting of deserts into arable farms |
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